Maarten Merkx. Foto | Vincent van den Hoogen

Eiwitsensor voor een betere wereld

Deze week is het Zwitserse Davos weer toneel van het World Economic Forum. Zo’n tweeënhalf duizend prominenten uit het bedrijfsleven, politici, vertegenwoordigers van NGO’s en intellectuelen ontmoeten elkaar in de wintersportplaats om - onder toeziend oog van de internationale pers - de toekomst van de wereld te bespreken. Op uitnodiging van de European Research Council (ERC) mag TU/e’er Maarten Merkx zijn inzichten delen over de rol die de synthetische biologie kan spelen in de 21ste eeuw.

“De ERC is partner van het World Economic Forum”, vertelt Maarten Merkx, universitair hoofddocent bij Biomedische Technologie. “Ze organiseren in Davos een discussiebijeenkomst over synthetische biologie en hebben daarvoor een aantal wetenschappers uitgenodigd die in het verleden Europese subsidies hebben ontvangen voor hun werk op dit gebied. Ik mag daar met drie andere onderzoekers een voordracht geven en plaatsnemen in een panel.” Zelf kreeg Merkx in 2011 een ERC Starting Grant en haalde hij begin vorig jaar bij de ERC ook een Proof of Concept Grant binnen: een subsidie waarmee hij nu de mogelijkheden onderzoekt om een nieuwe test voor infectieziekten op de markt te brengen.

Dat laatste project sluit goed aan bij het doel van de bijeenkomst in Davos, legt Merkx uit. Het gaat om zogeheten point of care-diagnostiek, waarbij aan de hand van een druppel bloed direct ter plekke kan worden vastgesteld of een patiënt griep heeft, malaria, of wellicht knokkelkoorts. “Ontwikkelingsproblematiek is in Davos een belangrijk thema. En wij verwachten dat onze test zo goedkoop en eenvoudig gemaakt kan worden dat hij bij uitstek geschikt is voor de derde wereld.”

Het diagnosticeren van infectieziektes is op zich “een opgelost probleem”, aldus Merkx. “In Nederland stuur je gewoon een buisje met bloed naar een laboratorium en heb je een paar dagen later de uitslag”. Maar in bijvoorbeeld Afrika ligt dat anders. Dergelijke testapparatuur is voor de derde wereld onbetaalbaar en dus niet of nauwelijks voorhanden.

De infectieziekte wordt aangetoond door het verkleuren van een strookje papier

Merkx en zijn collega’s ontwikkelen nu een zogeheten eiwitsensor die antilichamen in bloed (en daardoor indirect de aanwezigheid van een bacterie of virus) letterlijk zichtbaar kan maken via het verkleuren van een strookje papier. “Het is te vergelijken met het bekende pH-papier waarmee je de zuurgraad van een vloeistof kunt vaststellen. In dat opzicht zou je het 19de-eeuwse technologie kunnen noemen.”

Die technologie is wezenlijk anders dan de zogeheten ‘lab-on-a-chip’ waarmee mensen nu al thuis hun bloedsuiker kunnen testen en vrouwen kunnen zien of ze zwanger zijn, zegt Merkx. “In die tests zijn de apparaten uit laboratoria zodanig geminiaturiseerd dat ze op een chip passen; het gaat om dezelfde processen als in het lab, maar dan veel kleiner. Onze methode is fundamenteel anders; wij proberen het hele diagnostische proces te laten uitvoeren door één eiwit, dat niet alleen het antilichaam herkent, maar ook direct een signaal afgeeft dat we kunnen uitlezen.”

En dat brengt ons bij de synthetische biologie, in het bijzonder het vakgebied van Merkx zelf: protein engineering - het ontwerpen en maken (of ‘synthetiseren’) van eiwitten. “Er bestaan miljoenen natuurlijke eiwitten, met elk hun eigen functie. Van zo’n honderdduizend eiwitten kennen we inmiddels zelfs de atomaire structuur. Je kunt bestaande eiwitten combineren door ze aan elkaar te koppelen; zo kun je nieuwe eiwitten maken met de gewenste eigenschappen.” De sleutel tot dergelijke ‘designer’-eiwitten is DNA, waarin alle informatie voor de eiwitsynthese is vastgelegd. Wat slim knip- en plakwerk levert de DNA-code voor nieuwe eiwitten op. Dit DNA wordt vervolgens ingebracht in bacteriën, die als een soort eiwitfabriekjes fungeren en de bestelde eiwitten produceren.

De sensoreiwitten van Merkx zijn samengesteld uit twee lichtgevende eiwitten. De ene helft van de sensor geeft blauw licht af, wat door de andere helft wordt geabsorbeerd en vervolgens als groen licht wordt uitgezonden. Als zo’n sensoreiwit een antilichaam van het juiste type tegenkomt (voor elke ziekte heb je een ander sensoreiwit nodig), dan vormen beide moleculen een verbinding. Het gevolg is dat de twee delen van het sensoreiwit uit elkaar worden getrokken en het blauwe licht niet langer wordt omgezet in groen. Van buitenaf is daardoor onder invloed van de antilichamen een verkleuring van groen naar blauw zichtbaar (zie afbeelding).

“Met een app voor een smartphone zou je die kleurverandering van de strip kunnen meten en zo zelfs de concentratie antilichamen vaststellen”, zegt Merkx. De test zelf hoeft dus geen elektronica te bevatten en omdat ook de gebruikte eiwitten heel goedkoop zijn, kan de prijs van de test bijzonder laag zijn, denkt hij. En dat lijkt goed nieuws voor ontwikkelingslanden, waar - bij gebrek aan vaste telefoonlijnen - relatief veel mensen over een mobiele telefoon beschikken.

“Dat deze manier van uitlezen werkt, hebben we inmiddels aangetoond. In eerste instantie voor antilichamen tegen het hiv-virus en daarna ook voor griep en dengue - ook wel bekend als knokkelkoorts.” Die laatste ziekte lijkt ook een goede kandidaat voor een commerciële test. “We hebben hierover momenteel contact met specialisten op het gebied van tropische infectieziekten.”

Voor ebola lijkt de methode minder geschikt, zegt de biochemicus. “Die ziekte verloopt helaas te snel. Tegen de tijd dat je de antilichamen kunt detecteren is het eigenlijk al te laat voor de patiënt. Maar om het verloop van auto-immuunziekten zoals reuma en de ziekte van Crohn (een darmziekte, red.) in de gaten te houden, zou onze methode misschien wel geschikt zijn. Net als voor immuuntherapie trouwens.”

“Met een goedkope test voor vogelgriep kun je voorkomen
dat hele stallen preventief geruimd worden”

De veeteelt is een andere sector waar Merkx toekomstige mogelijkheden ziet voor zijn eiwitsensor, mits de kosten voldoende laag blijken. “Met een goedkope test voor vogelgriep kun je voorkomen dat hele stallen preventief geruimd moeten worden. En als de test gevoelig genoeg is, heb je geen bloed meer nodig, maar zou je kunnen volstaan met speeksel, of zelfs melk.”

Deel dit artikel via je socials